JP3175254B2 - Control device for rotating electric machine for turbo - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】回転電機付ターボチャージャを取
付けたエンジンにおける回転電機の運転禁止条件となる
タービン回転やエンジン回転の範囲限界の制御を円滑に
するターボ用回転電機の制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a rotary electric machine for a turbocharger, which facilitates control of a turbine rotation and an engine rotation range limit, which are conditions for inhibiting operation of the rotary electric machine in an engine equipped with a turbocharger with a rotary electric machine.

【０００２】[0002]

【従来の技術】排気エネルギーを回収してエンジンに過
給気を圧送するターボチャージャが広く使用され、この
種のターボチャージャに回転電機を取付け、エンジンの
運転状態に応じて該回転電機を電動または発電作動させ
る回転電機付ターボチャージャの制御装置について種々
試みられている。2. Description of the Related Art A turbocharger for recovering exhaust energy and feeding supercharged air to an engine is widely used. A rotating electric machine is mounted on this kind of turbocharger, and the rotating electric machine is electrically driven or driven according to the operating state of the engine. Various attempts have been made for a control device of a turbocharger with a rotating electric machine to be operated for power generation.

【０００３】そして、このような回転電機の電動駆動時
の制御は、通常、エンジン回転、タービン回転、過給気
圧やアクセル開度などを入力して処理するコントローラ
により、回転電機のパワー部に指令が行われ、例えば図
３に示すように、エンジン回転数は５１３〜４，６００
ｒｐｍの範囲、タービン回転は３，０００〜１４０，０
００ｒｐｍの範囲でないと動作しないような制御が行わ
れている。（この範囲の領域は、後に説明する図５でも
示されている（一番大きな四角で囲まれた領域）。これ
以外の領域（電動作動禁止領域）では、電動作動は行わ
ないことになっている。）[0003] The control of the rotating electric machine at the time of electric driving is usually performed by giving a command to a power unit of the rotating electric machine by a controller which inputs and processes engine rotation, turbine rotation, supercharging pressure, accelerator opening and the like. The engine speed is 513 to 4,600 as shown in FIG.
rpm, turbine rotation 3,000-140,0
Control is performed such that the operation is not performed unless the rotation speed is within the range of 00 rpm. ( The region in this range is also shown in FIG. 5 described later.
As shown (the area surrounded by the largest square). this
Electric operation is performed in the area other than (Electric operation prohibited area)
Not supposed to. )

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述のようにエンジン
回転やタービン回転の範囲に基づいて制御を実施する制
御装置では、その範囲の限界域に達すると、パワー部に
指令が発せられて回転電機への通電が制御される。例え
ば、各回転数の状況が前記したような電動作動できる領
域（電動作動許容領域）内にあり、電動作動させている
という場合、回転電機には所定電流（例えば、50Ａ）が
流されている。そのうち各回転数の状況が変化して電動
作動禁止領域に至ると、その時点で電流はオフとされて
いた（例えば、50Ａから一気に０Ａとされていた）。 こ
のように、流されていた通電電流値が大きいとチャタリ
ングが生ずる虞があり、大電流のオン，オフが繰り返さ
れると、パワー部の電流制御素子の負担が大になるとい
う不都合が生じている。As described above, in a control device that performs control based on the range of engine rotation and turbine rotation, when a limit range of the range is reached, a command is issued to the power unit and the rotating electric machine is driven. Is controlled . example
For example, if the condition of each rotation speed
It is within the range (power operation allowable area), and it is operated electrically
In this case, a predetermined current (for example, 50 A) is supplied to the rotating electric machine.
Has been washed away. Among them, the situation of each rotation speed changes and electric
When it reaches the no-operation area, the current is turned off at that point.
(For example, it was set to 0A at once from 50A). This
As described above, there is a risk that chattering will occur if the value of the flowing current is large, and if the large current is repeatedly turned on and off, the burden on the current control element of the power unit will increase. .

【０００５】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、その目的は回転電機の運転禁止条件となる
エンジンやタービン回転の範囲の限界域での通電電流の
制御によりパワー部を保護しようとするターボ用回転電
機の制御装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to protect a power section by controlling an energizing current in a limit region of a rotation range of an engine or a turbine, which is a condition for inhibiting operation of a rotating electric machine. It is an object of the present invention to provide a control device for a rotary electric machine for turbo.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明では、ターボチャージャの回転軸に回転子が
取り付けられ、その周囲に固定子が配設されて構成さ
れ、電動作動あるいは発電作動させられる回転電機を、
電動作動させる時にはエンジン回転数とタービン回転数
とで定められる電動作動許容領域内にて作動するよう制
御するターボ用回転電機の制御装置において、前記電動
作動許容領域内を、電動作動禁止領域に隣接するところ
の所定の第１領域と、該第１領域以外の領域である第２
領域とに分け、前記回転電機へ流すべく指示された電流
に乗じて実際に供給する電流を決定するゲインを、前記
第２領域では１とし、前記第１領域では前記電動作動禁
止領域に近づくにつれて１より次第に０に近づく値とす
ることとした。 According to the present invention, a rotor is provided on a rotating shaft of a turbocharger.
And a stator around it.
The rotating electric machine that is operated electrically or
When operating electrically, the engine speed and turbine speed
It is controlled to operate within the electric operation allowable area defined by
The control device for a turbo rotating electric machine controlled by
In the operation allowable area, adjacent to the electric operation prohibition area
And a second region, which is a region other than the first region,
Current divided into regions and instructed to flow to the rotating electric machine
Is multiplied to determine the current actually supplied,
It is set to 1 in the second area, and the electric operation is prohibited in the first area.
The value gradually approaches 0 as it approaches the stop area.
I decided to.

【０００７】[0007]

【作用】運転禁止条件となるエンジンやタービン回転の
範囲の限界域での回転電機への通電を、所定の傾斜ゲイ
ンに応じて絞って制御し、パワー部の大電流による負担
を軽減させる。The power supply to the rotating electric machine in the limit region of the engine or turbine rotation range, which is the operation prohibition condition, is narrowed down and controlled in accordance with a predetermined inclination gain, thereby reducing the load of the power section due to the large current.

【０００８】[0008]

【実施例】つぎに本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【０００９】図１は本発明にかかるターボ用回転電機の
制御装置の実施例における機能ブロック図であり、図２
は本実施例の構成の一例を示す構成図である。FIG. 1 is a functional block diagram of an embodiment of a control device for a turbo rotary electric machine according to the present invention.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of the configuration of the present embodiment.

【００１０】まず図２において、１はターボチャージャ
で、エンジン２とは排気管２１と吸気管２２とにより連
結され、排気管２１を介する排気ガスのエネルギーによ
り駆動されるタービン１１と、該タービン１１の回転軸
１２に取付けられたコンプレッサ１３とを備えており、
該コンプレッサ１３の圧縮作動による圧気が吸気管２２
を介してエンジン２に過給気として送気され、そのエン
ジントルクを増大させるように構成されている。なお、
２３はエンジン２への過給気圧力を計測するブースト圧
センサであり、２４はエンジン２の回転数を検出するエ
ンジン回転センサで、これらセンサからの信号は後述す
るコントローラに送出される。First, in FIG. 2, reference numeral 1 denotes a turbocharger, which is connected to an engine 2 by an exhaust pipe 21 and an intake pipe 22, and is driven by the energy of exhaust gas through the exhaust pipe 21; And a compressor 13 attached to the rotating shaft 12 of
The compressed air generated by the compression operation of the compressor 13 is
Is supplied to the engine 2 as supercharged air through the engine and the engine torque is increased. In addition,
Reference numeral 23 denotes a boost pressure sensor that measures a supercharging pressure to the engine 2, and reference numeral 24 denotes an engine rotation sensor that detects the number of revolutions of the engine 2. Signals from these sensors are sent to a controller described later.

【００１１】３は電動−発電機となる回転電機であり、
ターボチャージャ１の回転軸にその回転子３１が直結さ
れ、該回転子３１に対応する固定子３２はハウジング１
４の内壁に取付けられている。そして、回転電機３の回
転、すなわちターボチャージャ１の回転数を検出するタ
ービン回転センサ１５はコンプレッサ側に設けられてい
る。Reference numeral 3 denotes a rotating electric machine serving as a motor-generator,
The rotor 31 is directly connected to the rotation shaft of the turbocharger 1, and the stator 32 corresponding to the rotor 31 is connected to the housing 1.
4 is attached to the inner wall. And the turbine rotation sensor 15 which detects the rotation of the rotary electric machine 3, ie, the rotation speed of the turbocharger 1, is provided in the compressor side.

【００１２】４はパワー部となる電力変換器で、バッテ
リ５から入力される直流電力を交流電力に変換して回転
電機３の駆動電力としたり、または発電作動時の回転電
機３からの出力を整流してバッテリ５の充電電力に変換
するもので、このような変換指令や、オン・オフの通電
指令はコントローラ６から発令される。Reference numeral 4 denotes a power converter serving as a power unit, which converts DC power input from the battery 5 into AC power to drive electric power of the rotary electric machine 3, or outputs an output from the rotary electric machine 3 during a power generation operation. Rectification is performed to convert the power into charging power for the battery 5. Such a conversion command and an ON / OFF energization command are issued from the controller 6.

【００１３】コントローラ６はマイクロコンピュータか
らなり、中央制御装置、各種メモリ、入／出力ポート、
各種バスなどを備えている。そして、アクセルペダル７
に設けられたアクセルセンサ７１、ブースト圧センサ２
３、エンジン回転センサ２４やタービン回転センサ１５
からの信号が入力されると、中央制御装置にて処理判定
が行われ、電力変換器４に対して、例えば回転電機３へ
の通電指令や電流値の指令などが発せられる。なお回転
電機３の動作条件のうち、エンジン回転およびタービン
回転については図３（Ａ），（Ｂ）に示すような回転数
の範囲外は禁止されている。The controller 6 comprises a microcomputer, a central control unit, various memories, input / output ports,
It has various buses. And the accelerator pedal 7
Sensor 71, boost pressure sensor 2 provided in
3. Engine rotation sensor 24 and turbine rotation sensor 15
, The central control unit makes a process determination, and issues, for example, a command to energize the rotary electric machine 3 or a command for the current value to the power converter 4. Note that, among the operating conditions of the rotating electric machine 3, the engine rotation and the turbine rotation are prohibited outside the range of the rotation speed as shown in FIGS.

【００１４】そして、本実施例における機能は図１の機
能ブロック図に示すように、前述の各センサからの入力
に応じて、回転電機３への通電を電力変換器４に指令す
るものであるが、図１に示す傾斜ゲインは、例えばター
ビン回転に対しては図４（Ａ）のように、エンジン回転
に対しては図４（Ｂ）に示すように設定され、電流指示
ゲインは低回転の限界から運転領域には０から１に傾斜
して上昇し、運転領域から高回転の限界に至るには１か
ら０に傾斜して下降するように設定されている。なお、
図４（Ｃ）に示す図式は、電流指示出力を得るには電流
指示に１から０までの電流指示ゲインを乗じた例を示し
たものであり、図５は、傾斜ゲインマップとして、エン
ジン回転とタービン回転との関連におけるゲイン１とゲ
イン０との間の傾斜ゲインの範囲を示した図面である。As shown in the functional block diagram of FIG. 1, the function in this embodiment is to instruct the electric power converter 4 to energize the rotating electric machine 3 in accordance with the input from each of the aforementioned sensors. However, the inclination gain shown in FIG. 1 is set, for example, as shown in FIG. 4A for turbine rotation and as shown in FIG. the area from the limit operation increases inclined from 0 to 1, the Ru reached a limit of high rotation from the driver region that is configured to descend inclined from 1 to 0. In addition,
The diagram shown in FIG. 4C shows an example in which a current instruction is multiplied by a current instruction gain from 1 to 0 in order to obtain a current instruction output, and FIG. 4 is a diagram showing a range of a slope gain between a gain 1 and a gain 0 in relation to the rotation speed and the turbine rotation.

【００１５】以上のことを更に詳しく説明すると、次の
通りである。 本発明では、電動作動許容領域内を、電動
作動禁止領域に隣接するところの所定の第１領域と、そ
れ以外の領域である第２領域とに分け、それぞれの領域
で電流の制御の仕方を変えようとしたものである。因み
に図５で言うならば、第１領域，第２領域は次の通りで
ある。 第１領域…「傾斜ゲイン」と書いてある周辺部分の領域 第２領域…「Ｇ＝１」と書いてある中央部分の領域 なお、「Ｇ＝１」とはゲインが１、つまり100 ％という
ことであり、「傾斜ゲイン」とは、図４（Ａ），（Ｂ）
の縦軸の目盛、および両側の傾斜直線からも分かるよう
に、値が１→０へと徐々に変わるゲインということを意
味している。 従って、第１領域のゲインは、第２領域か
ら電動作動禁止領域に近づくにつれて、0.9, 0.8, 0.7,
…,0.3, 0.2, 0.1などと、１→０へと徐々に変わるよう
設定されている。 図６は、本実施例における回転電機の
運転制御中の作動の１例を示す処理フロー図であり、同
図により制御作動の１例を説明する。The above will be described in more detail.
It is on the street. In the present invention, the electric operation allowable area is
A predetermined first area adjacent to the operation prohibition area;
And the second area, which is the other area,
This is to change the method of controlling the current. Reason
In FIG. 5, the first region and the second region are as follows.
is there. The first area: the area of the peripheral portion where "tilt gain" is written. The second area: the area of the central portion where "G = 1" is written. Here, "G = 1" means that the gain is 1, that is, 100%.
That is, the “inclination gain” refers to FIGS. 4A and 4B.
As can be seen from the scale of the vertical axis and the inclined straight lines on both sides
Means that the gain gradually changes from 1 to 0.
I taste. Therefore, the gain of the first region is
0.9, 0.8, 0.7,
…, 0.3, 0.2, 0.1 etc., gradually changing from 1 to 0
Is set. FIG. 6 is a process flowchart illustrating an example of an operation during operation control of the rotating electric machine according to the present embodiment. An example of the control operation will be described with reference to FIG.

【００１６】エンジンおよびタービンの回転状態が変化
して、回転電機の運転禁止領域から通電範囲に入ると、
ステップ１，２ではエンジンおよびタービン回転の傾斜
ゲインアドレスが出力され、これに応じてステップ３で
傾斜ゲインマップから傾斜ゲインが読み出される。そし
て、ステップ４で通電電流の電流指示値が読み出され
て、図４（Ｃ）に示すような演算がステップ５にて行わ
れ、電流指示出力がステップ６で設定される。従って、
回転電機の通電制御に際しては、この電流指示出力によ
る傾斜ゲインを有する電流が通電され、最大電流は低減
されて電力変換器４の負担の軽減と、限界点付近におけ
るチャタリングが防止できることになる。次に、第１領
域の或る箇所でのゲイン値の求め方を、具体的に説明す
る。図５はメモリ上に格納されている傾斜ゲインマップ
であり、縦軸の数値（エンジン回転数）をそのままエン
ジン回転数に関するアドレス値と見立て、横軸の数値
（タービン回転数）をそのままタービン回転数に関する
アドレス値と見立てる。 今、エンジン回転数は4,300rpm
であり、タービン回転数は3,500rpmだとすると、この状
態におけるゲイン値は、図５のマップの下記のアドレス
で定まる箇所の値を読み出すことにより得られる（←図
６のステップ３）。 エンジン回転数のアドレス値＝4,300 タービン回転数のアドレス値＝3,500 この箇所は、図５では「傾斜ゲイン」と書かれた領域
の、左上隅に近い箇所である。 コントローラ６では、従
来と同様にして生成した指示電流値に、上記ゲインを乗
じて実際に供給する電流を求める（図４（Ｃ）の第３行
には、第２領域の中間あたりのゲイン＝0.5 の場合の計
算例（50Ａ×0.5 ＝25Ａ）が示されている。）。そして
コントローラ６は、そのようにして求めた電流を流すよ
う、電力変換器４に指示を出す。 回転電機を電動作動さ
せる場合の電流をこのように制御すると、エンジン回転
数，タービン回転数の状況が電動作動禁止領域に近づく
につれて、ゲインを乗じる前の指示電流値が増減して
も、ゲインを乗じた後の実際に供給される電流値は徐々
に小さな値とされるから、電動作動禁止領域に至って電
流がオフされる場合 、電力変換器４等の関連機器が受け
るショックが小さくなる等、従来にはあった不都合が解
消される。 When the rotation state of the engine and the turbine changes and enters the energization range from the operation prohibition region of the rotating electric machine,
In steps 1 and 2, the inclination gain addresses of the engine and turbine rotations are output.
The slope gain is read from the slope gain map . Then, in step 4, the current instruction value of the energizing current is read out, the calculation as shown in FIG. 4C is performed in step 5, and the current instruction output is set in step 6. Therefore,
In controlling the energization of the rotating electric machine, a current having a slope gain is supplied by the current instruction output, and the maximum current is reduced, so that the load on the power converter 4 can be reduced and chattering near the limit point can be prevented. Next, the first area
How to find the gain value at a certain point in the range will be described in detail.
You. FIG. 5 shows a gradient gain map stored in the memory.
And the numerical value (engine speed) on the vertical axis
Think of it as an address value for the gin rotation speed, and the value on the horizontal axis
(Turbine speed) as it relates to turbine speed
Treat it as an address value. Now the engine speed is 4,300rpm
Assuming that the turbine speed is 3,500 rpm,
The gain value in the state is the following address in the map of FIG.
Can be obtained by reading the value of the location determined by
Step 3 of 6). Engine speed address value = 4,300 turbine speed address value = 3,500 This point was labeled "slope gain" in FIG. 5 area
Near the upper left corner. Controller 6
Multiply the indicated current value generated in the same way
The current to be actually supplied (third row in FIG. 4C).
Is the total when the gain around the middle of the second area = 0.5
A calculation example (50 A × 0.5 = 25 A) is shown. ). And
The controller 6 supplies the current thus obtained.
Then, an instruction is issued to the power converter 4. Electric rotating machine
If the current is controlled in this way, the engine speed
Number and turbine speed approach the electric prohibition area
The current value before multiplying the gain
However, the actual supplied current value after multiplying the gain gradually
To a small value, the power
When the flow is turned off , the related devices such as the power converter 4
Inconveniences such as reduced shock
Be erased.

【００１７】[0017]

【発明の効果】上述の実施例のように本発明によれば、
ターボチャージャに設けた回転電機の運転禁止条件とな
るエンジン回転やタービン回転の範囲の限界域での通電
制御に際し、所定の傾斜ゲインに応じて絞り処理された
電流を供給するので、電力変換器のパワー素子の負担が
軽減され、またチャタリングの発生も抑制されるという
効果が得られる。According to the present invention as in the above embodiment,
At the time of energization control in the limit range of the range of engine rotation and turbine rotation which is a condition for inhibiting the operation of the rotating electric machine provided in the turbocharger, a current that is throttled according to a predetermined slope gain is supplied, so that the power converter The effect of reducing the load on the power element and suppressing the occurrence of chattering can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施例における機能を示す機能ブロ
ック図である。FIG. 1 is a functional block diagram showing functions according to an embodiment of the present invention.

【図２】本実施例の構成の一例を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of the configuration of the present embodiment.

【図３】ターボ用回転電機の動作範囲の一例の説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory diagram of an example of an operation range of a rotary electric machine for turbo.

【図４】本実施例の傾斜ゲインを示す曲線図と図式であ
る。FIG. 4 is a curve diagram and a diagram showing a slope gain of the present embodiment.

【図５】本実施例における傾斜ゲインの範囲を示す説明
図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a range of a tilt gain in the embodiment.

【図６】本実施例の作動の一例を示す処理フロー図であ
る。FIG. 6 is a process flowchart illustrating an example of the operation of the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…ターボチャージャ ２…エンジン ３…回転電機 ４…電力変換器 ５…バッテリ ６…コントローラ １１…タービン １３…コンプレッサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turbocharger 2 ... Engine 3 ... Rotating electric machine 4 ... Power converter 5 ... Battery 6 ... Controller 11 ... Turbine 13 ... Compressor

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】ターボチャージャの回転軸に回転子が取り
付けられ、その周囲に固定子が配設されて構成され、電
動作動あるいは発電作動させられる回転電機を、電動作
動させる時にはエンジン回転数とタービン回転数とで定
められる電動作動許容領域内にて作動するよう制御する
ターボ用回転電機の制御装置において、 前記電動作動許容領域内を、電動作動禁止領域に隣接す
るところの所定の第１領域と、該第１領域以外の領域で
ある第２領域とに分け、 前記回転電機へ流すべく指示された電流に乗じて実際に
供給する電流を決定するゲインを、前記第２領域では１
とし、前記第１領域では前記電動作動禁止領域に近づく
につれて１より次第に０に近づく値としたことを特徴と
するターボ用回転電機の制御装置。 A rotor is mounted on a rotating shaft of a turbocharger.
And the stator is arranged around it.
A rotating electric machine that is operated or generated
The engine speed and turbine speed.
Control to operate within the allowable electric operation range
In the control device for a turbo rotating electric machine, the electric operation allowable region is adjacent to the electric operation prohibition region.
And a predetermined first area, and an area other than the first area.
Divided into a certain second area , multiplied by the current instructed to flow to the rotating electric machine, and
The gain for determining the current to be supplied is set to 1 in the second region.
And approaches the electric operation prohibition region in the first region.
The characteristic is that the value gradually approaches 0 from 1
Control device for rotating electric machine for turbo.